xác định cấu trúc lưới điện phân phối ba pha để giảm tổn thất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - DƯƠNG VĂN PHÚ XÁC Đ ỊNH CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI BA PHA ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CHUYÊN NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH : 2.06.07 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2005 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TSKH HỒ ĐẮC LỘC Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày… tháng……năm 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH - ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày…tháng….năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : DƯƠNG VĂN PHÚ Phái : Ngày sinh : 03-04-1973 Nơi sinh : Bình Định Chuyên ngành : Mạng hệ thống điện MSHV 01803482 : Nam I TÊN ĐỀ TÀI: XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI BA PHA ĐỂ GIẢM TỔN THẤT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Dùng phương pháp tối ưu kết hợp simulated annealing xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm tổn thất công suất tác dụng - Tái cấu trúc lưới điện thực tế Việt Nam để xác định tổn thất nhỏ theo giải thuật chương trình xây dựng - So sánh hiệu phương pháp annealing vấn đề xác định cấu trúc tối ưu nhận xét kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 30 tháng 06 năm 2005 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TSKH HỒ ĐẮC LỘC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH TSKH Hồ Đắc Lộc TS Nguyễn Hữu Phúc tháng năm 2005 BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS Nguyễn Hoàng Việt Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua Ngày tháng năm 2005 PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH PGS TS Đoàn Thị Minh Trinh PGS TS Vũ Đình Thành Lời Cảm Ơn Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh tận tình dạy giỗ suốt thời gian qua, đặc biệt xin chân thành cảm ơn Thầy TSKH Hồ Đắc Lộc, người thầy tận tình dìu dắt hướng dẫn thực hòan thành luận văn cao học Cảm ơn Cha mẹ, anh chị em tất bạn bè thân thuộc, bạn đồng nghiệp ln bên cạnh, động viên, giúp đỡ trình làm luận văn Cảm ơn ban giám đốc Công ty Sanofi-Aventis hổ trợ cho suốt trình học chương trình cao học Cảm ơn giúp đỡ anh Trần Hùynh Ngọc giúp nhiều chương trình tái cấu trúc ngôn ngữ Matlab 7.0 Tp Hồ Chí Minh, ngày 01/7/2005 Dương Văn Phú TBM.K14 TĨM TẮT Lưới điện phân phối điển hình bao gồm trạm biến áp, đường dây, thiết bị liên kết đóng-cắt… tải Xác định liên kết khác có ảnh hưởng đến tính hiệu kinh tế khác lưới điện việc chuyển tải công suất từ nguồn đến nơi tiêu thụ Các công ty điện lực mong muốn tìm cấu trúc lưới phân phối hiệu nhất, lợi ích to lớn tìm cấu trúc có cực tiểu tổn thất công suất tác dụng lưới điện phân phối ba pha Luận văn tập trung xác định cấu trúc lưới điện phân phối việc tối ưu hóa hàm mục tiêu với hàm ràng buộc phương trình bất đẳng thức Lời giải đưa luận văn dựa thuật toán tổng quát tối ưu kết hợp simulated annealing (SA), biểu diễn phương trình thỏa mãn định luật Kirchhoff hệ thống phân phối ba pha cân bằng, việc phân bố trào lưu công suất lưới phương trình vi phân xây dựng mô hình hệ thống ba pha cân Thuật tóan SA minh họa điều kiện tổng quát áp dụng chi tiết việc xác định cấu trúc lưới tối ưu mặt tổn thất; đồng thời giải thuật minh họa kiểm chứng ngôn ngữ Matlab 7.0 Chương trình kiểm tra thông qua lưới phân phối nút, sáu máy cắt lưới 44 nút 52 máy cắt Điện lực Tân Thuận, lời giải hội tụ cho kết tối ưu, thể minh chứng hùng hồn khả việc sử dụng giải thuật simulated annealing để giải tóan tái cấu trúc lưới phân phối ba pha, làm giảm tổn thất công suất tác dụng Kết cung cấp việc mở rộng phương pháp hữu cho việc tái cấu trúc hệ thống pha hay ba pha cân để nâng độ phức tạp ta mở rộng việc thiết tái cấu trúc cho lưới ba pha bất đối xứng Luận Văn Thạc só 2/89 TBM.K14 ABSTRACT Power distribution systems typically has tie and sectionalizing switches whose states determine the topological configuration of the network The system configuration affects the efficiency with which the power supplied by the substation is transferred to the load Power companies are interested in finding the most efficient configuration, the one which minimizes the real power loss of their three-phase distribution systems In this thesis the network reconfiguration problem is formulated as single objective optimization problem with equality and inequality constraints The proposed solution to this problem is based on a general combinatorial optimization algorithm known as simulated annealing To ensure that a solution is feasible it must satisfy Kirchhoff’s voltage and current laws, which in a three-phase distribution system can be expressed as the three phase power flow equations The derivation of these equations is presented along with a summary of related three-phase system modeling The simulated annealing algorithm is described in a general context and then applied specifically to the network reconfiguration problem Also presented here is a description of the implementation of this solution algorithm in a Matlab language 7.0 This program was tested on a distribution system, given an example system with buses, switches and system 44 buses, 52 switches, The algorithm converged to the optimal solution in a matter of minutes demonstrating the feasibility of using simulated annealing to solve the problem of network reconfiguration for loss reduction in a three-phase power distribution system These results provide the basis for the extension of existing methods for single-phase or balanced systems to the more complex and increasingly more necessary three phase unbalanced case Luận Văn Thạc só 3/89 TBM.K14 MỤC LỤC Lời cảm ơn Tóm Tắt Chương GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ luận văn 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Điểm luận văn 1.6 Giá trị thực tiễn luận văn Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC LƯỚI PHÂN PHỐI 2.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 2.2 Các lý vận hành hình tia lươi điện phân phối 2.3 Các tóan tái cấu trúc lưới điện phân phối góc độ vận hành 2.4 Thực trạng lưới phân phối việt nam 2.5 Các nghiên cứu khoa học xác định cấu trúc lưới phân phối 2.5.1 Giới thiệu 2.5.2 Các tóan xác định cấu trúc lưới điện phân phối a Bài tóan 1- cực tiểu hàm chi phí vận hành b Bài tóan 2- cực tiểu hàm tổn thất lượng c Bài tóan 4: cân công suất đường dây trạm biến áp d Bài tóan 6- tái cấu trúc lưới theo hàm đa mục tiêu 2.6 Bài toán 3- tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng 2.6.1 Tầm quang trọng toán 2.7 Kết hợp heuristics vàtối ưu hóa 2.7.1 Giải thuật merlin back - kỹ thuật vòng kín 2.7.2 Các giải thuật khác 2.7.3 Các giải thuật túy dựa heuristics 2.7.3.a Giải thuật civanlar cộng – kỹ thuật đổi nhánh 2.7.3.b Một số giải thuật khác 2.8 Các giải thuật dựa trí tuệ nhân tạo 2.9 Tái cấu trúc giải thuật gien 2.10 Tái cấu trúc hệ chuyên gia 2.11 Các toán tái cấu trúc lưới- hàm mục tiêu điều khiển lưới điện phân phối 2.12 Các kỹ thuật giải toán tái cấu trúc lươi 2.13 Phương án giải luận văn Chương : BIỂU THỨC ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC 3.1 Xác định tổ hợp trạng thái 3.2 Biến trạng thái 3.3 Hàm mục tiêu Luận Văn Thạc só Trang 1 2 2 4 5 7 10 11 12 14 15 15 16 16 17 19 19 20 21 22 23 23 25 25 26 26 26 26 4/89 TBM.K14 3.4 Ràng buộc 3.4.1 Ràng buộc cấu trúc lưới 3.4.2 Ràng buộc điện học 3.4.3 Ràng buộc vận hành 3.4.4 Ràng buộc tải Chương PHÂN TÍCH TRÀO LƯU CÔNG SUẤT 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Trào lưu công suất lưới điện pha- ba pha 4.2.1 Mô hình đường dây 4.2.2 Mô hình máy biến áp 4.2.3 Mô hình tải 4.3 Phương trình trào lưu công suất hệ thống ba pha 4.4 Các vấn đề 4.5 Các công thức giải thuật CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU KẾT HP SIMULATED ANNEALING 5.1 Phương pháp simulated annealing 5.2 ng dụng phương pháp simulated annealing 5.3 Phép tóan lời giải tối ưu 5.4.1 Xác suất chấp nhận 5.4.2 Trình tự toán 5.4.3 Các đặc tính hội tụ biên 5.4.4 Ước lượng thời gian 5.4.5 Lưu đồ giải thuật Lưu đồ giải thuật xác định cấu trúc hệ thống điện phân phối để giảm tổn thất theo phương pháp S.A CHƯƠNG 6: THỰC THI GIẢI THUẬT 6.1 Giới thiệu chung 6.2 Xác định công thức tóan 6.2.1 Tìm trạng thái 6.2.2 Hàm mục tiêu 6.3 Xác định giải thuật 6.3.1 Biến đổi cấu trúc 6.3.2 Ràng buộc cấu trúc 6.3.3 Ràng buộc điện 6.3.4 Ràng buộc vận hành tải 6.4 Thời gian hội tụ 6.5 Nhiệt độ ban đầu 6.6 Cập nhật nhiệt độ 6.7 Điều kiện cân (chiều dài chuỗi markov) 6.8 Tiêu chuẩn dừng Luận Văn Thạc só 27 27 28 28 28 29 29 29 29 30 31 31 32 33 35 35 35 36 36 37 38 38 39 40 41 41 41 41 41 42 42 42 43 43 43 44 44 44 44 5/89 TBM.K14 6.9 Các giải trình thực thi CHƯƠNG ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TÂN THUẬN 7.1 Sơ lược tình hình lưới điện thành phố Hồ Chí Minh 7.2 Đặc điểm lưới điện phân phối điện lực Tân Thuận 7.2.1 Các thông số lưới chế độ vận hành a Chế độ vận hành công suất cực tiểu b Chế độ vận hành công suất cực đại CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT CHƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG 10 PHỤ LỤC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Luận Văn Thạc só 44 46 46 47 48 51 55 58 59 61 80 6/89 TBM.K14 Chương GIỚI THIỆU 1.1 Đặt Vấn Đề: Hệ thống lưới điện phân phối có vai trò quan trọng cung cấp điện đến hộ tiêu thụ, lý kỹ thuật nên vận hành hình tia thiết kế mạch vòng để tăng độ tin cậy cung cấp điện Tổn thất lượng lưới phân phối lớn vào khỏang 13%-15% so với 2%-3% lưới truyền tải, nghiên cứu biện pháp giảm tổn thất điện lưới phân phối đem lại hiệu kinh tế cao Có nhiều biện pháp để giảm tổn thất trình phân phối điện : bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối tăng tiết diện dây dẫn Tuy biện pháp mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật cần phải có kinh phí đầu tư để nâng cấp, cải tạo lưới điện Trong biện pháp tái cấu trúc lưới thông qua việc chuyển tải cách đóng-mở cặp khóa điện giảm tổn thất điện kể cân tải tuyến dây mà không cần chi phí cải tạo lưới điện Không dừng lại mục tiêu giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc lưới điện phân phối có nâng cao khả tải lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ điện cố hay sửa chữa đường dây Trong thực tế vận hành, tái cấu trúc lưới giảm tổn thất lượng thỏa ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khóa điện có hệ thống điện phân phối điều khó khăn điều độ viên Tuy nhiên giảm số lượng khóa điện lứơi để đơn giản vận hành chi phí vận hành lưới điện tăng đáng kể Do cần phải có phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế xây dựng giải thuật đủ mạnh để hổ trợ vận hành hệ thống điện phân phối hổ trợ điều độ viên Các giải thuật tái cấu trúc lưới xem xét hai góc độ thiết kế vận hành Ở góc độ thiết kế cần vị trí đặt khóa điện lọai khóa (Máy cắt, máy cắt có tải, dao cách ly…) để cực tiểu tổn thất lượng giảm chi phí đóng cắt chuyển tải, giúp điều độ viên có không gian điều khiển rộng lớn sau Ở góc độ vận hành, dựa vào vị trí khóa điện có sẵn, điều độ viên phải trạng thái vận hành cho chi phí vận hành bao gồm chi phí chuyển tải tổn thất lượng bé Khi có cố hay cần sửa chữa lưới điện, cần phải tái cấu trúc lưới điện, yêu cầu cấu trúc phải đảm bảo giảm tổn thất đảm bảo số lượng khách hàng bị điện Tất nhiên thời gian tái cấu trúc lưới tóan vận hành ngắn phải đảm bảo lưới điện vận hành hình tia 1.2 Mục Tiêu Và Nhiệm Vụ Của Luận Văn: Luận Văn Thạc só 7/89 TBM.K14 sonhanh=length(linedatabandau(:,1)); sonut=max(busdata(:,1)); u=ones(1,sonhanh); for i=1:length(MCM) u(MCM(i))=0; end nguon=1; % dua vao ma tran mang van hanh, the hien muc gan nguon cua cac nut vao vec to "huongnguon" % nguon co "huongnguon"=0, cac nut khac co "huongnguon" = so nhanh noi tu nguon den no function hn=huongnguon(mangvanhanh,nguon,sonut) for j=1:sonut hn(j)=-1; end for j=1:length(nguon) hn(nguon(j))=0; end for x=1:2*sonut for j=1:length(mangvanhanh(:,1)), if (hn(mangvanhanh(j,1))>=0)&(hn(mangvanhanh(j,2))==-1), hn(mangvanhanh(j,2))=hn(mangvanhanh(j,1))+1; else if (hn(mangvanhanh(j,2))>=0)&(hn(mangvanhanh(j,1))==-1), hn(mangvanhanh(j,1))=hn(mangvanhanh(j,2))+1; end end end end Luận Văn Thạc só 72/89 TBM.K14 function loi=kiemtra(mangvanhanh,nguon,sonut); % Kiem tra cau hinh vua duoc tao co thoa cau truc hinh tia hay khong % Tinh bac nut va huong nguon cua cac nut mang B = bacnut(mangvanhanh,nguon,sonut); HN= huongnguon(mangvanhanh,nguon,sonut); % Kiem tra xem co nut nao bi co lap khong colap=0; for i=1:sonut if (B(i)==0)|(HN(i)==-1) colap=1; break; end end % kiem tra xem co vong nao khong mangtam=mangvanhanh; covong=1; B=bacnut(mangtam,1,sonut); tiep=1; while tiep==1 tam=length(mangtam(:,1)); for i=tam:-1:1 m=mangtam(i,1); n=mangtam(i,2); if (B(m)==1)|(B(n)==1) mangtam(i,:)=[]; B=bacnut(mangtam,1,sonut); end end for i=1:length(B) if B(i)==1 tiep=1; break; end function [SLT,converge] = phanbocongsuatGStongquat(busdata,linedata,basemva,accuracy,accel,maxiter) j=sqrt(-1); i = sqrt(-1); nl = linedata(:,1); nr = linedata(:,2); R = linedata(:,3); X = linedata(:,4); Bc = j*linedata(:,5); a = linedata(:, 6); Luận Văn Thạc só 73/89 TBM.K14 nbr=length(linedata(:,1)); nbus = max(max(nl), max(nr)); Z = R + j*X; y= ones(nbr,1)./Z; %branch admittance for n = 1:nbr if a(n)